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WO 2012/035240
PCT/FR2011/052056
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OPTIMISATION DE L'USINABILITE
D'ACIERS MARTENSITIQUES INOXYDABLES
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un acier
martensitique inoxydable comportant les étapes de traitement thermique
suivantes :
(1) On chauffe l'acier à une température supérieure à la
température d'austénisation TAUS de l'acier, puis on trempe
l'acier jusqu'à ce que la partie la plus chaude de l'acier soit
inférieure ou égale à une température maximale Tmax, et
supérieure ou égale à une température minimale Tmm, la vitesse
de refroidissement étant suffisamment rapide pour que
l'austénite ne se transforme pas en structure ferrito-perlitique.
(2) On effectue un premier revenu de l'acier suivi d'un
refroidissement jusqu'à ce que la partie la plus chaude de l'acier
soit inférieure ou égale à la température maximale Tmax, et
supérieure ou égale à la température minimale Tmin=
(3) On effectue un second revenu de l'acier suivi d'un
refroidissement jusqu'à température ambiante TA.
La température ambiante est égale à la température de la pièce où le
procédé est réalisé.
Dans la présente invention, les pourcentages de composition sont
des pourcentages massiques, à moins qu'il en soit précisé autrement.
Un acier martensitique inoxydable est un acier dont la teneur en
chrome est supérieure à 10,5%, et dont la structure est essentiellement
martensitique (c'est-à-dire que la quantité en éléments alphagènes est
suffisamment élevée par rapport à celle des éléments gammagènes ¨ Voir
explications ci-dessous).
On part d'un demi-produit sous une forme quelconque, par exemple
sous une forme de billettes ou de barres de cet acier.
Ce demi-produit est ensuite prédécoupé en sous-éléments qui sont
mis en forme (par exemple par forgeage ou laminage) afin de leur
conférer une forme se rapprochant de leur forme finale. Chaque sous-
élément devient ainsi une pièce avec des surépaisseurs (appelée pièce à
l'état brut) par rapport aux côtes dimensionnelles finales d'utilisation.
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Cette pièce à l'état brut avec des surépaisseurs est destinée ensuite
à être usinée afin de lui donner sa forme finale (pièce finale).
Dans le cas où les pièces finales doivent posséder une grande
précision dimensionnelle (comme par exemple dans l'aéronautique), ces
pièces à l'état brut doivent subir un traitement thermique (traitement
thermique de qualité) avant cet usinage. Ce traitement thermique de
qualité ne peut pas être effectué après cet usinage, car il conduit à des
changements dimensionnels qu'il est difficile de prévoir pour des pièces de
géométrie complexe.
Ce traitement thermique de qualité qui permet d'ajuster très
finement les propriétés de la pièce en acier par des transformations
métallurgiques comprend six phases majeures :
(A) une austénisation, c'est-à-dire un chauffage au-dessus de la
température à laquelle la microstructure de l'acier s'est transformée
en austénite (température austénitique TAUS)
(B) suivie d'une trempe,
(C) suivie d'un premier traitement de revenu,
(D) suivi d'un refroidissement
(E) suivi d'un second traitement de revenu
(F) suivi d'un refroidissement.
La phase (A) a pour objectif d'homogénéiser la microstructure au
sein de la pièce, et de remettre en solution de particules solubles à cette
température par recristallisation.
La phase (B) a pour objectif premier une transformation maximale de
l'austénite en martensite au sein de la pièce en acier. Cependant, les
transformations de la microstructure martensitique ne se font pas
simultanément en tout point de la pièce, mais graduellement de sa surface
vers son coeur. Le changement de volume cristallographique qui
accompagne ces transformations engendre donc des contraintes internes
et, en fin de trempe (à cause des basses températures atteintes alors),
limite les relaxations de ces contraintes. Le second objectif est de
minimiser le risque de tapures de trempe, c'est-à-dire l'apparition de
fissures en surface de la pièce de par la libération de contraintes
résiduelles dans l'acier dans un état métallurgique martensitique peu
tenace. Pour atteindre ces deux objectifs antinomiques, il est habituel de
commencer à réchauffer la pièce par un traitement de revenu (phase (C))
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lorsque sa partie la plus chaude s'est refroidie jusqu'à une température
dans une fourchette avec une température maximale Tmax et une
température minimale T,,, pour éviter les tapures. La température Tmax
est sensiblement égale à la température nominale MF de fin de
transformation martensitique de l'acier, soit de 150 à 200 C pour un acier
martensitique inoxydable. La température Tmin est de 20 à 28 C suivant la
composition chimique. Il reste alors dans l'acier un taux d'austénite
résiduelle qui n'aura pas pu être transformé.
La phase (C) ¨ premier traitement de revenu - de ce traitement
thermique de qualité a pour objectif d'une part une transformation de la
martensite fraîche en martensite revenue (plus stable et plus tenace) et
d'autre part une déstabilisation de l'austénite résiduelle issue des phases
antérieures.
La phase (D) ¨ refroidissement du premier revenu - de ce traitement
thermique de qualité a pour objectif de transformer l'austénite résiduelle
en martensite. La partie la plus chaude de la pièce doit être aussi refroidie
jusqu'à une température dans la fourchette de températures [Tmax; Tmir]=
La phase (E) ¨ second traitement de revenu - de ce traitement
thermique de qualité a pour objectif la transformation de la nouvelle
martensite fraîche en martensite revenue (plus stable et plus tenace)
visant à atteindre le meilleur compromis dans les propriétés mécaniques
de l'acier.
La phase (F) ¨ refroidissement du second revenu - de ce traitement
thermique de qualité ramène la pièce brute à température ambiante.
Durant l'usinage des pièces, malgré ce traitement thermique de
qualité, on observe actuellement une grande dispersion dans l'usinabilité
de lots de pièces formées dans un acier résultant d'un tel procédé de
fabrication. Il en découle des variations importantes dans l'usure des
plaquettes d'usinage, et des variations importantes dans les puissances
nécessaires à fournir par le dispositif d'usinage pour parvenir à usiner ces
pièces en acier. La conséquence est une consommation trop importante,
dispersée et imprévisible de plaquettes d'usinage, une perte de cadence
dans l'usinage de lots de pièces, et une dispersion dans les états de
surface obtenus, avec dans certains cas de moins bons états de surface
usinée des pièces.
3a
Selon un aspect, la présente invention concerne un procédé de
fabrication d'un acier martensitique inoxydable, comportant les étapes
de traitement thermique suivantes :
(1) on chauffe l'acier à une température supérieure à la température
d'austénisation TAUS de l'acier, puis on trempe l'acier jusqu'à ce que la
partie la plus chaude de l'acier soit inférieure ou égale à une
température maximale Tmax, et supérieure ou égale à une température
minimale Tmin, la vitesse de refroidissement étant suffisamment rapide
pour que l'austénite ne se transforme pas en structure ferrito-perlitique;
(2) on effectue un premier revenu de l'acier suivi d'un refroidissement
jusqu'à ce que la partie la plus chaude de la l'acier soit inférieure ou
égale à ladite température maximale Tmax, et supérieure ou égale à
ladite température minimale Tmin; et
(3) on effectue un second revenu de l'acier suivi d'un refroidissement
jusqu'à température ambiante TA,
dans lequel ladite température maximale Tmax est inférieure ou égale à la
température de fin de transformation martensitique en refroidissement MF'
des espaces interdendritiques dans ledit acier, et à la fin de chacune des
étapes (1) et (2), on effectue là sous-étape suivante :
(w) dès que la température de la partie la plus chaude de l'acier atteint
ladite température maximale Tmax, on réchauffe l'acier immédiatement,
et dans lequel dans chacune des étapes (1) et (2), on effectue la sous-
étape suivante avant la sous-étape (w) :
(w) dès que la température de la partie la plus chaude de l'acier atteint
une température seuil Ts inférieure à la température de début de
transformation martensitique en refroidissement Ms des dendrites dans
ledit acier, et supérieure à la température de fin de transformation
martensitique en refroidissement MF' des espaces interdendritiques, on
maintient l'acier dans un environnement où règne sensiblement ladite
température comprise entre ladite température minimale Trnm et ladite
température MF' pendant une durée seuil ds de façon à réduire le
gradient de température entre la surface de l'acier et la partie la plus
chaude de l'acier.
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La présente invention vise à proposer un procédé de fabrication qui
permette d'améliorer l'usinabilité de ces aciers.
Ce but est atteint grâce au fait que, la température maximale Tmax
est inférieure ou égale à la température de fin de transformation
martensitique en refroidissement MF' des espaces interdendritiques dans
l'acier, et en ce que, à la fin de chacune des étapes (1) et (2), on effectue
la sous-étape suivante :
(w) Dès que la température de la partie la plus chaude de l'acier
atteint la température maximale Tmax, on réchauffe l'acier
immédiatement.
Grâce à ces dispositions, on obtient une moindre usure des
plaquettes d'usinage par unité de longueur usinée, et une moindre
puissance requise pour l'usinage. L'état de surface de l'acier après usinage
est également amélioré (plus faibles tailles des stries causées par la
plaquette d'usinage sur la surface). Ainsi, on diminue le coût du procédé.
L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux,
à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation
représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux
dessins annexés sur lesquels :
¨ la figure 1. montre schématiquement les traitements thermiques
du procédé selon l'invention,
¨ la figure 2 est un schéma illustrant les dendrites et les régions
interdendritiques,
¨ la figure 3 montre schématiquement un diagramme temps-
température pour un acier utilisé dans le procédé selon l'invention.
Dans le procédé selon l'invention, on part d'une pièce brute avec des
surépaisseurs qui a subi une succession de traitements thermomécaniques
(tels que le forgeage, le laminage) afin de lui conférer une forme la plus
proche possible de sa forme finale.
Cette pièce brute est destinée ensuite à être usinée afin de lui
donner sa forme finale après avoir réalisé le traitement thermique de
qualité.
On chauffe la pièce brute en cet acier jusqu'à une température
supérieure à la température d'austénisation TAUS, et on maintient la pièce
à cette température jusqu'à ce que la totalité de la pièce soit à une
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température supérieure à la température d'austénisation TAUS
(austénisation de l'acier).
On effectue ensuite une trempe de l'acier suffisamment rapide pour
que l'austénite ne se transforme pas en structure ferrito-perlitique (voir
5 explications et figure 3 ci-dessous). Ainsi, la majorité du volume de la
pièce en acier est susceptible de se transformer en martensite, puisque
l'austénite ne peut se transformer en martensite que si elle n'a pas au
préalable été transformée en structure ferrito-perlitique.
Enfin on termine par les deux revenus successifs pour affiner les
propriétés de l'acier.
L'austénisation de l'acier puis sa trempe correspondent au traitement
1 sur la figure 1.
On décrit ci-dessous différentes transformations métallurgiques
susceptibles de se produire au sein d'un acier selon l'invention au cours de
son refroidissement depuis la température austénitique.
En amont de la chaine industrielle, durant les opérations
d'élaboration et la réalisation du dernier lingot, l'acier se solidifie
progressivement pendant son refroidissement. Cette solidification
s'effectue par croissance de dendrites 10, comme illustré en figure 2. En
accord avec le diagramme de phases des aciers martensitiques
inoxydables, les dendrites 10, correspondant aux premiers grains solidifiés
sont par définition plus riches en éléments alphagènes tandis que les
régions interdendritiques 20 sont plus riches en éléments gammagènes
(application de la règle connue des segments sur le diagramme de
phases). Un élément alphagène est un élément qui favorise une structure
de type ferritique (structures plus stables à basse température : bainite,
ferrite-perlite, martensite). Un élément gammagène est un élément qui
favorise une structure austénitique (structure stable à haute température :
austénite). Il se produit donc une ségrégation entre dendrites 10 et
régions interdendritiques 20.
La figure 3 est un diagramme température (T) ¨ temps (t) connu
pour un acier selon l'invention lorsqu'on le refroidit depuis une
température supérieure à la température austénitique TAUS. Les courbes D
et F marquent le début et la fin de la transformation d'austénite (région A)
en structure ferrito-perlitique (région FP). Cette transformation s'effectue,
partiellement ou pleinement, lorsque la courbe de refroidissement C que
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suit le lingot passe respectivement dans la région entre les courbes D et F
ou dans la région FP. Elle ne s'effectue pas lorsque la courbe de
refroidissement C se situe entièrement dans la région A, comme illustré en
figure 3.
Lorsque la courbe de refroidissement C passe en dessous de la
température de début de transformation martensitique en refroidissement
Ms (droite Ms sur la figure 3), la majorité de l'austénite restant dans
l'acier
commence à se transformer en martensite. Lorsque la courbe de
refroidissement passe en dessous de la température de fin de
transformation martensitique en refroidissement MF (droite MF sur la figure
3), la majorité de l'austénite restant dans l'acier s'est transformée en
martensite, appelée martensite fraiche.
Sur la figure 3, les courbes D, F, Ms, et MF en traits pleins sont
valables pour des structures plus riches en éléments alphagènes (c'est-à-
dire dans les dendrites de l'acier), tandis que les mêmes courbes en traits
pointillés D', F', Ms', et MF' sont valables pour des structures plus riches
en
éléments gammagènes (c'est-à-dire dans les espaces interdendritiques de
l'acier).
On note que les courbes de transformation d'austénite en structure
ferrito-perlitique dans le cas des espaces interdendritiques (courbes D' et
F') sont décalées vers la droite par rapport aux courbes de transformation
d'austénite en structure ferrito-perlitique dans le cas des dendrites
(courbes D et F). Il faut donc plus de temps à une température donnée
pour transformer l'austénite en structure ferrito-perlitique dans le cas des
espaces interdendritiques que dans le cas des dendrites.
On note que les courbes de transformation d'austénite en martensite
dans le cas des espaces interdendritiques (droites Ms', et MF') sont
décalées vers le bas par rapport aux courbes de transformation
d'austénite en martensite dans le cas des dendrites (droites ms et MF). La
transformation d'austénite en martensite s'effectue donc à des
températures plus basses dans le cas des espaces interdendritiques que
dans le cas des dendrites.
Dans le procédé selon l'invention, le refroidissement de l'acier durant
la trempe après austénisation (traitement qui correspond à l'étape 1 en
figure 1) suit la courbe C de la figure 3. Ainsi, l'acier passe en dessous de
la température de fin de transformation martensitique en refroidissement
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MF' des espaces interdendritiques. De par le processus de refroidissement,
la température de peau de la pièce est inférieure à la température au
coeur de la pièce, qui est sa partie la plus chaude.
Dès que la température de la partie la plus chaude de la pièce atteint
une température maximale Tmax, qui est donc inférieure à la température
de fin de transformation martensitique en refroidissement MF' des espaces
interdendritiques, on réchauffe la pièce.
Ce réchauffement s'effectue par exemple en plaçant la pièce dans un
environnement (four préchauffé ou enceinte calorifique) où règne une
température au moins égale à la température maximale Tmax.
On effectue ensuite un premier revenu de l'acier en continuant à le
réchauffer jusqu'à une température TR, qui est inférieure à la température
austénitique TAUS. Ce revenu permet de stabiliser la phase
cristallographique martensitique fraîche en faisant par exemple précipiter
des carbures au sein de la martensite et donc de conférer plus de
résilience à la martensite de l'acier.
Ce premier traitement de revenu correspond à l'étape 2 en figure 1.
On refroidit ensuite l'acier jusqu'à ce que la partie la plus chaude de
l'acier atteigne la température maximale Tmax qui est inférieure à la
température de fin de transformation martensitique en refroidissement MF'
des espaces interdendritiques, puis on réchauffe immédiatement l'acier.
On fait ensuite subir immédiatement à l'acier un second traitement
de revenu, sensiblement identique au premier traitement de revenu, en
laissant ensuite l'acier refroidir jusqu'à température ambiante TA.
Ce second traitement de revenu correspond à l'étape 3 en figure 1.
Les inventeurs ont réalisé des essais d'usinabilité sur des aciers
martensitiques inoxydables ayant subi le procédé de l'invention. Ils ont
comparé les résultats de ces essais aux résultats d'essais d'usinabilité sur
des aciers ayant subi une austénisation suivie d'une trempe et de deux
revenus mais où la température minimale de la partie la plus chaude de la
pièce est simplement inférieure à la température de fin de transformation
martensitique en refroidissement MF des dendrites, et où l'acier n'est pas
immédiatement réchauffé entre la trempe et le premier revenu, ou entre
le premier revenu et le second revenu.
La composition des aciers Z12CNDV12 est la suivante (norme
DMD0242-20 indice E) :
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C (0,10 à 0,17%) - Si (<0,30%) - Mn (0,5 à 0,9%) - Cr (11 à 12,5%) - Ni
(2 à 3%) - Mo (1,50 à 2,00%) - V (0,25 à 0,40%) - N2 (0,010 à 0,050%) -
Cu (<0,5%) - S (<0,015%) - P (<0,025%) et satisfaisant le critère
4,5 ( Cr ¨ 40xC ¨ 2xMn ¨ 4xNi + 6xSi + 4xMo + 1 lxV ¨ 30xN) < 9.
Les inventeurs ont constaté qu'avec un acier fabriqué selon le
procédé de l'invention, l'usure des plaquettes d'usinage par mètre d'acier
usinée est divisée par environ 10 (passage de 11 mm à 1,3 mm) pour une
vitesse de coupe de 120 m/min comparé à un acier fabriqué selon un
procédé de l'art antérieur. La puissance requise pour l'usinage est en outre
divisée par plus de deux comparé à un acier fabriqué selon un procédé de
l'art antérieur. L'état de surface de l'acier après usinage est également
amélioré.
En particulier, avec une température maximale Tmax comprise entre
28 C et 35 C, l'usure des plaquettes d'usinage par unité de longueur
d'acier usinée est divisée par 15, et la puissance requise pour l'usinage
divisée par 2,5. Une température maximale Tmax comprise entre 20 C et
75 C donne aussi de bons résultats.
Lorsque la température maximale Tmax est au delà de 90 C (et
jusqu'à 180 C) les résultats en usinage sont les plus mauvais.
On retrouve des résultats moyens (intermédiaires entre bons et
mauvais) lorsqu'on réchauffe l'acier dès que la partie la plus chaude de la
pièce atteint une température au delà de 180 C (et jusqu'à 300 C).
Selon les inventeurs, les résultats peuvent s'expliquer de la façon
suivante : comme indiqué ci-dessus, la température de fin de
transformation martensitique en refroidissement MF' des régions
interdendritiques est inférieure à la température de fin de transformation
martensitique en refroidissement MF des dendrites. Or on a vu que lors du
refroidissement de l'acier, cet acier se solidifie en une microstructure qui
est une alternance de dendrites et de régions interdendritiques (figure 2).
Ainsi, lorsque la température descend en dessous de la température de fin
de transformation martensitique en refroidissement MF des dendrites, les
dendrites ont fini de se transformer en martensite, alors que les régions
interdendritiques n'ont pas encore fini se transformer en martensite. Donc,
si l'on réchauffe l'acier dès qu'il a atteint la température de fin de
transformation martensitique en refroidissement MF des dendrites, des
zones dans tout l'acier (à savoir les régions interdendritiques) contiennent
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de l'austénite résiduelle. Une partie de cette austénite résiduelle se
transformera lors de l'étape du premier revenu suivant en martensite
fraiche. L'autre partie de cette austénite résiduelle sera localisé
uniquement au niveau des points les plus ségrégés de la matière (par
exemple, au niveau des espaces interdendritiques les plus concentrés).
Au cours du second revenu, la nouvelle martensite fraîche se
stabilise mais une autre partie du restant de l'austénite résiduelle continue
à se transformer en martensitique fraîche dans ces endroits les plus
ségrégés. L'acier présente donc une hétérogénéité de structure avec des
grains plus durs correspondant à la martensite fraîche dans une matrice
plus douce. C'est cette hétérogénéité qui est responsable de la mauvaise
usinabilité de l'acier, les grains plus durs usant les plaquettes et bloquant
leur avance.
A l'inverse, si l'on réchauffe l'acier dès que la partie la plus chaude de
la pièce atteint une température élevée (comprise entre 180 C et 300 C),
on conserve de l'austénite résiduelle, qui donne au final un comportement
moyen lors de l'usinage ultérieur.
On comprend donc pourquoi le refroidissement de l'acier jusqu'à la
température de fin de transformation martensitique en refroidissement MF'
des régions interdendritiques, puis le réchauffement immédiat de l'acier
dès qu'il a atteint cette température MF', permettent d'obtenir une
microstructure plus homogène au sein de l'acier.
Par exemple, la température maximale Tmax qu'atteint la partie la
plus chaude de l'acier avant d'être réchauffée est comprise entre 20 C et
75 C. Une telle température T, est inférieure à la température de fin de
transformation martensitique en refroidissement MF' des espaces
interdendritiques.
Par exemple, cette température maximale Tmax est comprise entre
28 C et 35 C.
Afin de déterminer quand la partie la plus chaude de l'acier atteint la
température maximale Tmax, on peut par exemple, à l'étape (w), mesurer
la température de peau de l'acier et utiliser des abaques pour en déduire
la température de la partie la plus chaude de l'acier.
Par ailleurs, il est avantageux que le gradient de température entre
la surface de l'acier et la partie la plus chaude de l'acier soit le plus
faible
possible, afin de réduire l'écart entre la température de fin de
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transformation martensitique en refroidissement MF des dendrites et la
température de fin de transformation martensitique en refroidissement MF'
des espaces interdendritiques. En effet, en réduisant cet écart, les
contraintes au sein de la pièce sont alors moindres, et on gagne en
5 productivité.
Ainsi, avantageusement, dans chacune des étapes (1) et (2), on
effectue la sous-étape suivante avant la sous-étape (o.)) :
(tp) Dès que la température de la partie la plus chaude de l'acier
atteint une température seuil T, inférieure à la température de début de
10 transformation martensitique en refroidissement Ms des dendrites dans
ledit acier, et supérieure à la température de fin de transformation
martensitique en refroidissement MF' des espaces interdendritiques, on
maintient l'acier dans un environnement où règne sensiblement une
température comprise entre la température minimale Trnin et la
température MF' pendant une durée seuil d, de façon à réduire le gradient
de température entre la surface de l'acier et la partie la plus chaude de
l'acier.
La durée seuil d, dépend de la géométrie de la pièce. La durée d, est
au minimum de 15 minutes (min) pour une dimension minimale de la
pièce de 50 mm, de 30 min pour une dimension minimale de la pièce de
100 mm, de 45 min pour une dimension minimale de la pièce de 150 mm,
et ainsi de suite. Pour une dimension minimale de la pièce comprise entre
ces valeurs, on peut par exemple en déduire la durée d, par extrapolation
avec la formule : d, = (15 min) x {dimension minimale (en mm)}/50.
Pour maintenir l'acier dans un environnement où règne sensiblement
la température comprise entre la température minimale TMIF1 et la
température MF', on peut par exemple placer l'acier dans un four où règne
une température comprise entre Tmin et MF'.
Alternativement, on peut isoler thermiquement l'acier de
l'environnement extérieur, par exemple en le plaçant dans une couverture.
Avantageusement, après le second revenu, on effectue au moins une
détente de l'acier à une température inférieure aux températures de
revenu TR auxquelles le premier revenu et le second revenu ont été
effectués.
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Cette détente correspond à l'étape 4 en figure 1. Elle permet la
relaxation de contraintes résiduelles au sein de l'acier, et en améliore la
durée de vie.
Afin d'améliorer la tenue en fatigue des aciers selon l'invention, on
cherche à augmenter la propreté inclusionnaire de l'acier, c'est-à-dire à
diminuer la quantité d'inclusions indésirables (certaines phases alliées,
oxydes, carbures, composés intermétalliques) présentes dans l'acier. En
effet, ces inclusions agissent comme des sites d'amorces de fissures qui
conduisent, sous sollicitation cyclique, à une ruine prématurée de l'acier.
On connaît des procédés pour améliorer la propreté inclusionnaire,
notamment un procédé de refusion tel que la refusion sous laitier ou ESR
(Electro Slag Refusion), ou la refusion par arc sous vide ou VAR (Vacuum
Arc Remelting). Ces procédés sont connus, et seul leur fonctionnement
global est rappelé ci-après.
Le procédé ESR consiste à placer un lingot en acier dans un creuset
dans lequel on a versé un laitier (mélange minéral, par exemple chaux,
fluorures, magnésie, alumine, spath) de telle sorte que l'extrémité
inférieure du lingot trempe dans le laitier. Puis on fait passer un courant
électrique dans le lingot, qui sert d'électrode. Ce courant liquéfie le
laitier
et fait fondre l'extrémité inférieure de cette électrode qui est en contact
avec le laitier. L'acier fondu de cette électrode traverse le laitier sous
forme de fines gouttelettes, pour se solidifier en dessous de la couche de
laitier qui surnage, en un nouveau lingot qui croît ainsi progressivement.
Le laitier agit, entre autres comme un filtre qui extrait les inclusions des
gouttelettes d'acier, de telle sorte que l'acier de ce nouveau lingot situé en
dessous de la couche de laitier contient moins d'inclusions que le lingot
initial (électrode). Cette opération s'effectue à la pression atmosphérique
et à l'air.
Le procédé VAR consiste à fondre dans un creuset sous un vide
poussé le lingot d'acier, qui sert d'électrode. Le lingot/électrode est fondu
par l'établissement d'un arc électrique entre l'extrémité du lingot/électrode
et le sommet du lingot secondaire qui se forme par fusion du
lingot/électrode. Le lingot secondaire se solidifie au contact des parois du
creuset et les inclusions flottent à la surface du lingot secondaire, et
peuvent ultérieurement être éliminées. On obtient donc un lingot
secondaire d'une plus grande pureté que le lingot/électrode initial.
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Avantageusement, l'acier subit, avant l'étape (1), une refusion.
Par exemple la refusion est choisie dans un groupe comprenant la
refusion sous laitier ESR ou la refusion par arc sous vide VAR.
Avantageusement, avant l'étape (1), on effectue un traitement
d'homogénéisation de l'acier.
En effet, lors de cette homogénéisation, il se produit une diffusion
des éléments d'alliage des zones à forte concentration vers les zones à
faible concentration. On permet alors une réduction de l'intensité des
ségrégations en éléments alphagènes dans les dendrites 10, et une
réduction de l'intensité des ségrégations en éléments gammagènes dans
les régions interdendritiques 20. La réduction de l'intensité des
ségrégations en ces éléments gammagènes a notamment pour
conséquence un rapprochement de la température de fin de
transformation martensitique en refroidissement MF des dendrites et de la
température de fin de transformation martensitique en refroidissement MF'
des espaces interdendritiques, ainsi qu'une moindre différence structurale
entre les dendrites 10 et les régions interdendritiques 20.
En ce qui concerne les particularités du traitement
d'homogénéisation, les inventeurs ont trouvé que des résultats
satisfaisants sont obtenus lorsque le lingot est soumis dans ce four à un
traitement d'homogénéisation pendant un temps de maintien t après que
la température du point le plus froid de ce lingot a atteint une
température d'homogénéisation T, ce temps t étant égal à au moins une
heure, et la température d'homogénéisation T variant entre une
température inférieure Tinf et la température de brûlure de cet acier.
La température T'a est environ égale à 900 C. La température de
brûlure d'un acier est définie comme la température à l'état brut de
solidification à laquelle les joints de grains dans l'acier se transforment
(voire se liquéfient), et est supérieure à Te. Ce temps t de maintien de
l'acier dans le four varie donc inversement à cette température
d'homogénéisation T.
Par exemple, dans le cas d'un acier martensitique inoxydable
Z12CNDV12 (norme AFNOR) utilisé par les inventeurs dans les essais, la
température d'homogénéisation T est 950 C, et le temps de maintien t
correspondant est égal à 70 heures. Lorsque la température
d'homogénéisation T est de 1250 C qui est légèrement inférieure à la
CA 02810781 2013-03-07
WO 2012/035240
PCT/FR2011/052056
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température de brûlure, alors le temps de maintien t correspondant est
égal à 10 heures.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il est possible, afin
d'améliorer l'usinabilité des aciers martensitiques inoxydables, d'effectuer
un traitement d'homogénéisation de l'acier tel que décrit ci-dessus, puis
d'effectuer les étapes (1), (2) et (3) selon l'art antérieur sans effectuer la
sous-étape (w). Dans ce mode de réalisation, la température maximale
Tmax est inférieure à la température de fin de transformation martensitique
en refroidissement MF des dendrites dans l'acier, et, dans les étapes (1) et
(2) on fait en sorte que l'acier reste à une température égale ou inférieure
à la température maximale Tmax pendant un temps le plus court possible.
